ЧТОБЫ УВИДЕТЬ НЕБО «В НЕЙТРИНАХ»

Анна АЛТЫНОВА

Считается, что ученые-физики проводят свое рабочее время за компьютерами либо в напичканных аппаратурой лабораторных корпусах. В целом это совпадает с действительностью. Но тут, как и всюду в жизни, бывают свои исключения. Есть, например, ученые-физики, которые по два месяца живут в таежной глуши, и при этом рабочий день у них проходит у прорубей на ледяном пространстве большого водоема, а выходных нет, потому что каждый выходной — это удлинение срока экспедиции...

О терминологии
Дважды в год в ОИЯИ проходят рабочие совещания коллаборации «Байкал». Словом коллаборация в научных кругах обычно называются большие группы ученых из ряда исследовательских центров разных стран, работающих совместно в течение многих лет над большим проектом. Существует множество научных коллабораций, потому что фундаментальная наука находится сейчас на такой стадии развития, когда для получения значительных новых результатов необходимы большие финансовые и интеллектуальные затраты, долгосрочные научные эксперименты и кропотливая обработка полученных данных.
Коллаборация «Байкал», которой в этом году исполняется 20 лет, сегодня включает около 45 научных сотрудников из ОИЯИ, Института ядерных исследований РАН, НИИ ядерной физики МГУ, Нижегородского и Иркутского университетов, исследовательского центра DESY из Германии (вместе с техническим персоналом число участников экспедиций достигает 50—60 человек).
Всё это время специалисты занимаются строительством «того, чего еще не было» — нейтринного телескопа. Пока выстроена сравнительно небольшая часть этого телескопа, который в конечном варианте должен отслеживать частицы в объеме 1 кубического километра, что диктуется свойствами нейтрино.

О частицах
Среди многих десятков и даже сотен известных физикам элементарных частиц нейтрино относится к немногим в полном смысле элементарным, которые уже не распадаются на составные части. Кроме того, нейтрино не имеет электрического заряда, а масса его крайне мала (много лет велись теоретические дискуссии о том, есть ли она вообще — в результате весьма хитроумного эксперимента было доказано, что все-таки есть). Все эти качества делают нейтрино довольно привлекательным источником информации о тех процессах, что происходят в отдаленных точках нашей Галактики, а также в других галактиках.
Мы привыкли к оптическим телескопам, которые ловят «свет далекой звезды», наслышаны о радиотелескопах и рентгеновских телескопах, но мало кто (кроме, конечно же, ученых) задумывается о несовершенстве использующихся в них источников информации. Так, световые потоки ослабляются, когда на их пути встречаются скопления космической пыли, заряженные частицы отклоняются, попадая в магнитные поля, для сравнительно массивных частиц помехой становятся поля гравитационные и т. д. Нейтрино в этом смысле просто «неуязвимы», а значит, способны донести наиболее достоверную информацию. Но при попытке ее получить «неуязвимость» оборачивается «неуловимостью»: зафиксировать приборами можно разве что след (каскад заряженных частиц) от столкновения нейтрино с каким-нибудь атомом в атмосфере, в воде или внутри Земли, тогда как по теории такое столкновение в идущем из космоса потоке «переживает» лишь одно нейтрино из миллиарда. Из-за этого и необходим нейтринному телескопу для «обзора» такой громадный объем — кубокилометр. Но когда удается зафиксировать прохождение высокоэнергетичного нейтрино из дальнего космоса, по величине его энергии и по направлению движения можно с большой достоверностью определить, из какой точки Вселенной оно прибыло и в результате какого процесса образовалось.
Но это нетривиальная задача: только на подготовку данных для анализа при современной компьютерной базе уходит более полугода.

О телескопах
Нейтринный телескоп, в отличие от прочих, размещаемых поближе «к небу», требуется спрятать под воду или под землю, чтобы тем самым оградить регистрирующие приборы от света и других видов излучений.
Построить телескоп в байкальских водах решено было в конце 70-х годов (высказанную еще в 60-х годах идею академика М. А. Маркова об использовании естественного водоема конкретизировал А. Е. Чудаков из ИЯИ РАН), тогда как развертывание установки на Байкале началось в 1988 году. Примерно в тот же период американские ученые начали строить свой нейтринный телескоп в океанских водах вблизи Гавайских островов. Теперь этот проект закрыт (впрочем, в Средиземном море европейцы стали строить нечто подобное) — сложностей оказалось слишком много: чтобы устанавливать аппаратуру с нужной точностью (до 1 метра) на нужной глубине (более 1,5 км) и обслуживать ее, приходилось всякий раз арендовать большой корабль, да ухищряться, чтобы он на протяжении всего процесса работы «держал позицию» при изрядной волне, да кабели для передачи данных тянуть по дну на 30 км от берега и т. д. Хотя от идеи сооружения нейтринного телескопа американцы не отказались — в коллаборации с несколькими западными странами они строят его сейчас в Антарктиде. Приборы, какие у нас погружаются в воду, у них вмораживаются в толщу льда где-то в 400 метрах от Южного полюса. Там, конечно, свои сложности: под каждый прибор надо протаять очень глубокую лунку, электроэнергии на это уходит много — топливо для дизель-генераторов завозится сотнями тонн, плюс к тому вмороженную аппаратуру уже не удается извлечь, а значит, надежность ее должна быть на уровне приборов, запускаемых в космос и т. д. В итоге антарктический нейтринный телескоп обходится по цене раз в 10 большей, чем байкальский. Потому что ведь «русским всегда везет»: у нас приборы устанавливаются при глубине 1370 метров, но на Байкале удалось найти точку, где это всего в 3,5 км от берега, причем для установки и обслуживания аппаратуры техника выезжает зимой прямо на лед, где над местом расположения приборов бензопилой выпиливаются лунки нужной величины.
В общем, совсем-совсем недаром Байкал вошел в число семи «чудес России». Но самое главное — у наших людей и головы «по-другому устроены». Мало было догадаться использовать уникальные природные возможности, в байкальском телескопе чуть ли не все инженерно-технические решения тоже уникальны, а потому тут фатальных ситуаций никогда не бывает: запас прочности такой, что проблема всегда как-то решается. Даже если какой-либо блок вышел из строя, его можно просто отключить — аппаратура построена так, что на работу остальных блоков это не влияет.

О дороге
Время зимних байкальских экс¬педиций — с февраля по апрель, когда толщина льда достаточна, чтобы выдержать тяжелую автотехнику. Береговой лагерь ученых расположен всего в 90 километрах от Иркутска, но это если по прямой на карте, а на автомобиле в «лучших» наших дорожных традициях туда надо добираться целый день. Самый ответственный участок — около 35 километров от съезда с трассы на прибрежный байкальский лед. В фургонах едут люди и техника, на фургонах — свежесрубленные елочки. По мере продвижения к береговому лагерю во льду высверливаются лунки, чтобы можно было по толщине ледяного слоя определить, пригоден ли этот участок для проезда, а потом в каждую лунку ставится елочка — такие вешки будут обозначать собой дорогу, свободную от трещин и торосов. Дорога эта нужна не только строителям нейтринного телескопа — за два рабочих месяца сюда приезжает множество других визитеров. Так, прошлой зимой в береговом лагере надолго поселились участники коллаборации «Сфера» (из ОИЯИ), которые по ходу своего эксперимента надували и запускали огромный дирижабль. Несколько лет подряд на 5—7 дней наведываются со своими экспериментами швейцарские и российские ученые-лимнологи. Бывают и физики из Германии, и другие коллеги, и даже журналисты. Съемочная группа петербургского «Пятого канала» провела здесь несколько дней — вела съемки документального фильма о работе байкальской экспедиции.
Но первыми в лагерь прибывают со своей аппаратурой хозяева — участники коллаборации «Байкал». Какая техника будет нужна, какие приборы требуется разработать к очередному сеансу установки новых частей телескопа и модернизации действующих, кто будет выполнять заказы на их изготовление — это всё (как и многое другое, включая теоретические вопросы эксперимента) обсуждается на дубненских совещаниях, а перед началом экспедиции техника в грузовом вагоне отправляется в Иркутск.

О повседневном
Береговой лагерь — это несколько бревенчатых домиков и вагончики-кунги — действует круглый год: во внеэкспедиционный период здесь дежурят 2—3 специалиста (постоянно — участники коллаборации из Иркутска либо из Байкальска, наездами — из Москвы и Дубны), отслеживающие работу электроники и процесс передачи данных с подводных приборов по компьютерным сетям. Но настоящее оживление здесь — с февраля по апрель. В кунгах — жилая зона, в одном из домиков (бывшем почти 100 лет назад домом станционного смотрителя Кругобайкальской железной дороги), набитом приборами и компьютерами, — рабочая, в двух других — баня и столовая (готовят для экспедиции профессиональные повара, без хорошей еды, как и без парной, два месяца на льду не прожить). Утром завтрак — и на уазике на лед, где развернут ледовый лагерь: пропилены большие и малые полыньи (майны), установлены лебедки для подъема и спуска аппаратуры, над всем этим приходится устраивать тенты для защиты от солнца. Погода в этот сезон по большей части солнечная, хоть и задувает временами ветер, порой приобретающий невероятную силу (горняк! — тут конечно же всякая работа прекращается), обычный морозец на уровне 10—15 градусов (теплая одежда из современных материалов тоже закупается централизованно). В общем, не самая типичная «научная» обстановка. Майны очищаются от ледяной корки и обломков льда, приглашенный из Иркутска водолаз подцепляет одну за другой вертикальные конструкции телескопа — гирлянды с аппаратурой, в просторечии стринги, лебедка вытягивает их на поверхность и начинается проверка приборов, монтаж новых блоков и т. д. Обедать — на берег, обратно — опять, как сельди в бочке, 20 человек в уазике, при этом некоторые умудряются слегка вздремнуть.
Из проблем уже почти традиционная — рыбацкие сети, опутывающие подводные буйки (они «подвешены» над каждым стрингом на глубине около 20 метров, аппаратура — ниже 500 метров, так как в чистейшую байкальскую воду глубоко проникают лучи света). Хоть и запрещен лов в районе научной станции, но кто-нибудь из рыбаков нет-нет да и нарушит запрет. Утащить за собой части телескопа рыбацкому судну не под силу — крепко держат якоря (1—2-тонные металлические кошелки с обрезками рельсов), тогда рыбаки просто обрезают сети, и с началом экспедиционных работ ученым приходится очищать от них буи и кабельные коммуникации.

Об экзотике
Можно знать из книг и фильмов о местных климатических особенностях, о необычайной красоте озера Байкал и его окрестностей, но, когда удается попасть туда самому, всё же ощущение такое, что находишься в сказке. Особенно если это происходит летом. Хотя и зимой красот и чудес тут в избытке. «Космические» пейзажи из двух бесконечностей — неба и ледового пространства с торосами в человеческий рост. Ледяные сталактиты, свисающие с северной стороны прибрежных скал. Миражи на краю береговой линии. Небольшие землетрясения, вызывающие треск и сдвижки льда, а иногда и трещины во льду. Однажды из-за двухметровых трещин, образовавшихся после такого землетрясения, с трудом удалось найти дорогу из ледового лагеря к берегу.
Что вода в Байкале очень чистая, известно, но все равно поражает факт: на глубине больше 60 метров в электрическую лампочку просачивается вода, но лампочка продолжает светить как ни в чем не бывало — отсутствие примесей делает воду настоящим диэлектриком.
Воздух здесь тоже очень чистый, и оказывается, иммунитет так «расслабляется» в идеальных условиях, что всякий новоприбывший человек представляет собой опасность как носитель «незаметного» в городской среде простудного вируса.
На льду, как выяснилось, мобильный телефон «берет» плохо или вообще «не берет», но если забраться на крышу автомобиля — держит связь вполне нормально.
Одним словом, побывать на Байкале — почти как в какой-нибудь экзотической стране.

О полезности
При нынешних темпах наращивания аппаратуры сборка байкальского нейтринного телескопа может быть завершена в период от 2012 до 2015 года. «Ловля нейтрино» из дальнего космоса для ученых важна тем, что обещает дать ответы на многие неясные сегодня для науки вопросы, среди которых самая большая загадка — природа «темной материи» и «темной энергии» (почти 96% вещества во Вселенной находится в невидимой форме и проявляет себя лишь гравитационными полями).
Но результаты, которые теперь принято называть инновационными, байкальский проект уже обеспечивает. Например, на основе прорывных технических решений, найденных в процессе работы над фотоэлектронными умножителями для нейтринного телескопа, удалось создать принципиально новую технологию производства электронно-оптических преобразователей, которая в свою очередь ликвидировала 20-летнее отставание России в сфере техники ночного видения.
Созданные специально для «Байкала» вертикально стоящие геофизические кабели электропитания используются теперь в нефтяных и газовых скважинах, в урановых и молибденовых рудниках.
Не обошлось без достижений и в IT-сфере: создана и отработана система удаленного управления подводной установкой на базе стандартных сетевых протоколов.
Дальнейшее развитие байкальского телескопа способно обогатить нашу экономику и другими высокотехнологичными новинками.

Обо всем
Обо всем этом и о некоторых не упомянутых здесь (надо же было оставить место для иллюстраций) подробностях своей работы в коллаборации «Байкал» мне рассказывали сотрудники Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ (на фото) — Константин Конищев, руководитель дубненской «байкальской» группы Игорь Белолаптиков, выполняющий в период экспедиции обязанности заместителя начальника экспедиции, Баир Шайбонов и Евгений Плисковский.
Рассказывали с увлеченностью, воодушевлением, юмором, с некоторой даже ностальгией, невзирая на то, что очередная экспедиция завершилась каких-то два месяца назад. А после того как на мониторе компьютера перед моим взором промелькнули несколько сотен «байкальских» фотографий, пришло ощущение, будто я и сама побывала в экспедиции. И стала понятна брошенная между прочим фраза: «Кто в «Байкал» попадает — тот пропадает». Действительно, в эту группу охотно идут молодые ученые и никто из них потом место работы не меняет.